[发明专利]具有抗菌和抗病毒活性的功能性纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及含有金属氧化物和与之结合的抗菌活性阳离子金属的纳米材料。

背景技术

已知某些金属离子的抗菌活性，也称为“微动效应”。

具有最大抗菌活性的金属离子按照其效能大小由高到低排列如下：

Hg＞Ag＞Cu＞Zn＞Fe＞Pb＞Bi

塑料、陶瓷或纤维或碳基材料中掺入这些金属尤其是银离子，能够消除或降低细菌菌落的生长。根据Ag⁺与人体组织的相容性及许多细菌对抗生素的抗性增加，该作用尤为有利。因此，含银材料的使用可用于防止或限制细菌增殖。

关于银的作用机理，已知由单价阳离子Ag⁺实现抗菌活性。已观察到铂与银的混合物中铂的存在产生贾凡尼效应(galvanic effect)从而促进Ag氧化为Ag⁺；这导致含有铂与银的薄膜的抗菌活性的增加。另外，用于预防严重烧伤感染的基于银的药物，如磺胺嘧啶，通过缓慢释放Ag⁺离子而起作用，Ag⁺离子可通过与存在于细胞壁的细菌蛋白半胱氨酸的SH-基团结合反而被细菌细胞吸收。Ag⁺的细胞毒性也与该离子取代细胞的基本离子的能力有关，所述基本离子例如钙(Ca²⁺)和锌(Zn²⁺)。先前的研究(见，如，Carr，H.S.Wlodknowski，T.J.Rosenkranz，H.S.1973，“Antimicrobial agents and chemotherapy”，第4卷，第585页)已证明Ag⁺的抗菌活性与其浓度成正比，并可有效抵抗大量菌种的细菌。类似地，可考虑铜离子(Cu²⁺)，已知其在农业中作为抗菌剂使用。

关于本领域现有技术，已知可以制造基于金属氧化物(MO_x)的具有高表面积的纳米材料，所述金属氧化物例如二氧化钛、氧化锌、氧化锡(SnO₂)、二氧化锆及胶体硅，可沉积于多种基质上并与其稳定粘合。还已知含有银离子的二氧化钛基纳米材料，可通过将纳米材料混悬于含Ag⁺离子的溶液而获得。Ag⁺离子与金属氧化物的纳米晶体结构的粘附力很可能与银离子插入纳米晶体之中有关。

然而，为了制造表现有效抗菌活性的均质薄膜，有必要利用以一致方式在纳米材料表面扩布并使高浓度银离子均匀沉积在其上。

该问题通过本发明解决，由此，本发明还包括制造可沉积至多种材料及用于净化环境空气的净化网上的薄膜。

发明内容

本发明涉及新型抗菌及抗病毒纳米材料的制备，所述纳米材料基于金属氧化物或非金属氧化物，如TiO₂、ZrO₂、SnO₂、ZnO及SiO₂，所述金属氧化物或非金属氧化物可被能够同时结合氧化物和过渡金属如Ag⁺或Cu²⁺的有机或有机金属特性分子官能化。

为了说明，这些新型材料的构成单位可通过式(I)举例说明：

AO_x-(L-Meⁿ⁺)_i，    (I)

其中，AO_x表示金属氧化物或非金属氧化物，x＝1或2；Meⁿ⁺为具有抗菌活性的金属离子，n＝1或2，金属离子优选为Ag⁺或Cu²⁺；L为有机或有机金属双官能分子，其能够同时结合金属氧化物或非金属氧化物及金属离子Meⁿ⁺；i表示与AO_x纳米颗粒结合的L-Meⁿ⁺基团数。